國網(wǎng)金華供電公司 劉潔波 鄭曉明 陳文通 吳雪峰 單 鑫 黃曉峰

隨著中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國，全社會用電需求量依然不斷增大且對電能質(zhì)量要求越來越高。為保證持續(xù)、穩(wěn)定、安全供電，電力企業(yè)不僅要新建變電站，更要對老變電站進行綜合檢修，以保障變電站良好的健康狀態(tài)。在220kV變電站綜合檢修過程中，斷路器二次回路的反措試驗（防跳功能驗證試驗、三相不一致時間測量試驗）是極為重要的試驗項目。防跳功能異常輕則造成斷路器無法正常動作、重則擴大事故停電范圍，甚至引起爆炸事故[1]。三相不一致時間與設(shè)定值相比誤差太大，可能會導(dǎo)致三相不一致保護拒動或者誤動，從而擴大事故范圍[2]。然而由于缺少專用的校驗裝置，人工試驗方法耗時長、效率不高、安全性低。

因此，如何提高試驗的工作效率、可靠性及安全性，減少設(shè)備停電檢修時間，對于提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，推進國家電網(wǎng)建設(shè)具體中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)具有重大的意義。

1 現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)外的繼電保護裝置都是綜合性校驗裝置，體積大而笨重，且需外接220kV 的直流電源，在檢修現(xiàn)場工作利用繼電保護裝置進行斷路器二次回路反措試驗，試驗安全可靠但非常不便捷，整體工作效率低。相對于利用繼電保護保護裝置進行斷路器二次回路反措試驗，變電站檢修現(xiàn)場更多利用人工試驗法。

防跳功能驗證試驗采用“人工短接接點法”，該方法由兩個操作人員相互配合，人工短接跳、合閘接點。若斷路器的初始位置為分位，一個人試驗人員先短接分閘接點，然后第二個試驗人員再短接合閘接點，保持不動。若斷路器初始位置為合位，操作順序相反。該方法存在以下缺點：兩人配合試驗，無法單人操作進行試驗；使用短接線人為短接接點，安全性低，有觸電的風(fēng)險；短接不牢靠，配合不默契，試驗容易失敗，重復(fù)作業(yè)。

圖1 人工短接點法示意圖

圖2 后臺計時法示意圖

三相不一致時間測量試驗采用“后臺報文計時法”，一個試驗人員在戶外模擬斷路器“偷跳”或“偷合”，斷路器動作發(fā)出動作信號、在后臺主機形成相應(yīng)的SOE 報文，經(jīng)過延時，斷路器三相不一致保護動作，三相跳閘，后臺主機再次形成相應(yīng)的SOE 報文，另一個試驗人員在戶內(nèi)查看并計算前后兩次報文的時間間隔，即三相不一致時間，該方法存在以下缺點：無法戶外現(xiàn)場計時，需要戶內(nèi)戶外兩個人相互配合；后臺報文刷新快、數(shù)量多，查找對應(yīng)報文不方便；老變電站報文沒有SOE 時間，無法使用該方法。

2 創(chuàng)新思路及技術(shù)原理

國內(nèi)外電力設(shè)備市場上并不存在專門用于斷路器二次回路反措試驗，根據(jù)人工試驗方法的特點，提出研制一種專用的校驗裝置來替代操作人員執(zhí)行這兩種方法，具體創(chuàng)新思路如下：人工短接接點法。通過試驗線將分閘接點和合閘接點引至校驗裝置，根據(jù)試驗人員的選擇，由程序控制接點的導(dǎo)通順序，代替人工作業(yè)；后臺報文計時法。通過試驗線將相應(yīng)的斷路器動作信號接點引至校驗裝置，校驗裝置發(fā)出斷路器動作信號，自動啟動計時，當(dāng)裝置收到三相不一致保護動作信號后，自動停止計時，從而自動完成計時。

技術(shù)原理：利用集成式設(shè)計原理進行系統(tǒng)設(shè)計，小組成員將裝置整體分為電源模塊、人機交互模塊、控制模塊、機箱模塊，其實現(xiàn)效果與實現(xiàn)途徑分別為：電源模塊。綜合供電性能好，對比選擇電池；處理器模塊。功耗低、運算快，對比選擇處理器及編程語言；人機交互模塊。液晶屏顯示穩(wěn)定，對比選擇驅(qū)動芯片；指令輸入操作方便，對比選擇指令輸入硬件；機箱模塊。輕、抗摔、耐腐蝕，對比選擇材質(zhì)，保護性能好，設(shè)計機箱結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計方案及效果檢驗

電源模塊。鋰電池比能最高、自放電率最低、使用壽命最長，從三個主要性能參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)理電池綜合供電性能最好。選擇合適容量的鋰電池組裝電源并設(shè)計電壓轉(zhuǎn)換電路，確保電壓波紋系數(shù)小于2%，為校驗裝置提供穩(wěn)定電源。

人機交互模塊。包括液晶顯示屏和指令輸入。液晶顯示屏選擇點陣式液晶顯示屏，利用TLC5941芯片驅(qū)動顯示屏，其位間電流誤差僅為2.0%，顯示穩(wěn)定。指令輸入選擇A/D 轉(zhuǎn)化按鍵，可根據(jù)功能需要定義每個按鍵的指令意思，適用于多功能儀器的指令輸入。試驗人員可以通過按鍵輸入指令選擇不同的試驗項目，并根據(jù)斷路器實際位置狀態(tài)選擇相適應(yīng)的試驗方法；操作人員還可通過按鍵修改裝置獲試驗的初始參數(shù)。

控制模塊。從芯片價格、功耗、執(zhí)行周期三方面對比選擇了LPC2131處理器。為提高系統(tǒng)效率，按鍵的操作響應(yīng)可采用中斷的方式進行，由鍵碼key、系統(tǒng)狀態(tài)win 和opt 決定執(zhí)行什么作業(yè)，如圖3所示。根據(jù)預(yù)設(shè)功能開發(fā)設(shè)計軟件程序并固化在CPU 內(nèi)部，根據(jù)人機交互單元中指令輸入，啟動程序運行指令，從而控制計時器和信號開入開出回路工作，完成預(yù)設(shè)功能。

圖3 系統(tǒng)操作響應(yīng)方式

機箱模塊。設(shè)計機箱外型，選擇合適的材質(zhì)制作機箱，既要保證機箱輕便、便于操作人員手持操作，同時要保證機箱具有良好的機械強度和絕緣性，因此選擇聚丙烯材質(zhì)，機箱設(shè)計圖如圖4所示。

圖4 機箱尺寸

在220kV 變電站對手持式斷路器校驗儀進行了實際應(yīng)用，以檢驗實際效果：提高工作效率。同一個間隔，使用人工試驗方法方法需要25.7min，而使用手持式斷路器校驗儀只要7.6min，縮短58.8%，將工作效率提高了233%；釋放檢修力量。原來需要2個試驗人員配合完成試驗，現(xiàn)只需要1個試驗人員；提升安全性。使用校驗儀代替人工作業(yè)，改善作業(yè)環(huán)境，避免操作人員使用短接線觸電的風(fēng)險。

4 結(jié)語

根據(jù)斷路器二次回路反措試驗人工試驗方法的特點，本文詳細介紹了手持式斷路器校驗儀的研發(fā)過程，經(jīng)實踐證明校驗儀能極大提高試驗的工作效率和安全性。國內(nèi)外電力設(shè)備市場上并不存在專門用于斷路器二次回路反措試驗的裝置，因而手持式斷路器校驗儀整好填補了該市場空白，具有以下幾個創(chuàng)新點：多功能。試驗人員可以選擇不同的試驗項目，可根據(jù)斷路器的初始狀態(tài)選擇不同的試驗方法；程序驅(qū)動。采用ARM 芯片控制輸出工藝，根據(jù)輸入指令由程序控制跳閘接點和合閘接點導(dǎo)通的先后順序，替代人工作業(yè)；智能計時。當(dāng)裝置發(fā)出信號時自動啟動計時，而當(dāng)裝置接受到信號時自動停止計時，實現(xiàn)了戶外現(xiàn)場智能計時。